光放大器概述讲义.pptVIP

第 13 讲;第六章 激光放大特性 光放大器概述 ? 发展光放大技术的意义 1.获得高质量的大能量、高功率激光束（固体激光器） 大能量、高功率与方向性、单色性、脉宽相互制约 2.光通信系统中的光中继器（EDFA) 3.全光信号处理器件(半导体光放大器－SOA） ;§6.1 激光放大器的特点与分类 光放大概念－利用受激辐射实现光放大 光放大的前提条件－;? 按工作方式分类:;行波放大器增益;再生放大器 行波放大器 G＝Gs;按入射光时间特性分类 ?连续激光放大器 ?脉冲激光放大器 ?超短脉冲激光放大器 （入射信号脉宽t0 及工作物质弛豫时间T） 弛豫：某种物理状态的建立或消亡过程 弛豫时间 纵向弛豫时间T1：能级上的粒子数数目发生变化(T1～t2) 横向弛豫时间T2－位相弛豫时间 宏观感应电极化的产生和???亡的时间 电磁场共振相互作用－同相， 碰撞等其它作用－消相 ; 固体 气体 半导体 纵向弛豫时间(s) 10-3~10-4 10-6~10-9 10-9 横向弛豫时间(s) 10-11~10-12 10-8~10-9 10-12 ;? 光激励方式: 横向（均匀）激励： (固体或半导体光放大器) Dn，g0、Is 均为常数 纵向激励：Dn，g0，Is 与传输距离有关(光纤放大器);§6.2 横向均匀激励连续激光放大器特性;二、(有损)光放大器大信号（饱和）增益 入射光信号较强或工作物质足够长;三、最大输出光强（饱和输出功率） 当输入信号光很强或增益介质很长，由于增益饱和，放大 器增益系数会下降直到净增益系数为0，光强不再增加。;§6.3 纵向光激励连续激光放大器的特性 掺铒光纤放大器 EDFA－Erbium Doped Fiber Amplifier;假设：三能级系统，忽略光纤中光场及激活离子的横向分布及光纤损耗， 总量子效率?F=1；均匀加宽；同向光泵; EDFA稳态速率方程;;二、光纤放大器小信号增益特性 ? 小信号增益 （信号光很弱）; G0与信号光强无关, 与泵浦光强 IP0及掺铒光纤长度 l 有关;;;通常用数值解法，从输运方程求大信号 G 及 输出功率;§6.4 脉冲激光放大器的增益特性;边界条件;;? 几种特殊情况下的 J(z);积分后得;开始时如同小信号情况，按指数增加, 随着传输距离的增加, 脉冲能量足够强, 出现增益饱和, 脉冲输出能量趋于饱和不再增加;无损激光放大器